用于半導(dǎo)體模塊的直接冷卻襯底和相應(yīng)的制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體模塊包括具有金屬處理的第一側(cè)以及與該金屬處理的第一側(cè)相對的金屬處理的第二側(cè)的襯底。半導(dǎo)體裸片被附接附接至該襯底的金屬處理的第一側(cè)。多個冷卻結(jié)構(gòu)被焊接到該襯底的金屬處理的第二側(cè)。每個冷卻結(jié)構(gòu)包括以遠離襯底延伸的而被設(shè)置在堆疊布置進行部署的多個不同焊道。該襯底可以是導(dǎo)電或絕緣的。還提供了制造這樣的半導(dǎo)體模塊以及具有這樣的焊接冷卻結(jié)構(gòu)的襯底的相對應(yīng)方法。
【專利說明】用于半導(dǎo)體模塊的直接冷卻襯底和相應(yīng)的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及半導(dǎo)體模塊，尤其涉及用于半導(dǎo)體模塊的直接冷卻襯底以及制造這樣的襯底和模塊的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]散熱是在功率電子器件設(shè)計中的重要考慮因素并且必須被謹(jǐn)慎地控制。為了針對過熱而對半導(dǎo)體器件進行保護，功率模塊的冷卻系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)非常有效。冷卻方法通?；诠β誓K的類型。例如，功率模塊可以被直接或間接地冷卻。此外，模塊可以或可以不具有基板，其中該基板可以是平坦的或結(jié)構(gòu)化的。常規(guī)功率模塊基板在正常情況下由于銅良好的導(dǎo)熱性而由銅所制成。如AlSiC、鋁或包覆材料的其它材料是適當(dāng)?shù)奶娲罚鼈兊膬?yōu)勢在于較低的成本。沒有基板的功率模塊較為廉價，但是熱性能與使用基板的模塊相比有所降低。
[0003]具有和不具有基板的功率模塊可以通過基于空氣或基于流體的冷卻器進行間接冷卻。通常，在半導(dǎo)體裸片(芯片)中所生成的熱量通過具有諸如DCB (直接鍵合銅)的金屬處理側(cè)、不同焊接層(芯片焊接、系統(tǒng)焊接等)和基板的陶瓷襯底進行流動。用于熱傳導(dǎo)的熱接觸由基板(或者在沒有基板的情況下的DCB)與冷卻器之間的散熱膏所實現(xiàn)。以這種方式對半導(dǎo)體裸片進行冷卻并非是最優(yōu)的，因為散熱膏具有大約lW/mK的低導(dǎo)熱性。
[0004]直接冷卻的具有結(jié)構(gòu)化基板的功率模塊提供了功率設(shè)備更為有效的冷卻。這樣的基板在基板底側(cè)上具有與冷卻液(例如，水或水乙二醇混合物)直接接觸的針狀或鰭狀冷卻結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了高的熱傳遞系數(shù)?，F(xiàn)有不同的用于結(jié)構(gòu)化基板生產(chǎn)的技術(shù)可用，諸如金屬注射成型工藝(MM)或鍛造技術(shù)，而這趨于具有高的生產(chǎn)和材料成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件的實施例，該支撐構(gòu)件包括具有金屬處理側(cè)的襯底以及被焊接至該襯底的金屬處理側(cè)的多個冷卻結(jié)構(gòu)。每個冷卻結(jié)構(gòu)包括以遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置的多個不同焊道。
[0006]根據(jù)半導(dǎo)體模塊的實施例，該半導(dǎo)體模塊包括具有金屬處理的第一側(cè)以及與該金屬處理的第一側(cè)相對的金屬處理的第二側(cè)的襯底。半導(dǎo)體裸片被附接至該襯底的金屬處理的第一側(cè)。多個冷卻結(jié)構(gòu)被焊接到該襯底的金屬處理的第二側(cè)。每個冷卻結(jié)構(gòu)包括以遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置的多個不同焊道。
[0007]根據(jù)針對半導(dǎo)體模塊形成冷卻結(jié)構(gòu)的實施例，該方法包括:提供具有金屬處理側(cè)的襯底；并且將多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至該襯底的金屬處理側(cè)，每個冷卻結(jié)構(gòu)包括以遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置的多個不同焊道。
[0008]根據(jù)制造半導(dǎo)體模塊的方法的實施例，該方法包括:提供具有金屬處理的第一側(cè)以及與該金屬處理的第一側(cè)相對的金屬處理的第二側(cè)的襯底；將半導(dǎo)體裸片附接至該襯底的金屬處理的第一側(cè)；并且將多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至該襯底的金屬處理的第二側(cè)，每個冷卻結(jié)構(gòu)包括以遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置的多個不同焊道。
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述以及觀看附圖時將會認(rèn)識到附加的特征和優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖中的組件并不必依比例進行繪制，而是強調(diào)對本發(fā)明的原理進行圖示。此外，圖中同樣的附圖標(biāo)記指代相對應(yīng)的部分。在附圖中:
[0011]圖1圖示了用于在半導(dǎo)體模塊的支撐構(gòu)件上形成冷卻結(jié)構(gòu)期間的支撐構(gòu)件的實施例的側(cè)面透視圖；
[0012]圖2圖示了鍵合至半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件的金屬處理側(cè)的冷卻結(jié)構(gòu)的實施例的截面圖；
[0013]圖3圖示了用于在半導(dǎo)體模塊的支撐構(gòu)件上形成冷卻結(jié)構(gòu)期間的支撐構(gòu)件的另一個實施例的側(cè)面透視圖；
[0014]圖4圖示了將蓋件附接至具有帶冷卻結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件的半導(dǎo)體模塊的實施例的側(cè)面透視圖；
[0015]圖5圖示了將冷卻結(jié)構(gòu)鍵合至包括在具有蓋件的半導(dǎo)體模塊中的支撐構(gòu)件的暴露側(cè)的實施例的側(cè)面透視圖；
[0016]圖6圖示了具有延伸進入形成在附接至模塊的冷卻器中的凹進中的直接鍵合的冷卻結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊的實施例的截面圖；
[0017]圖7A圖示了根據(jù)有另一個實施例的半導(dǎo)體模塊的自上至下的平面圖；和
[0018]圖7B圖示了圖7A中的模塊的截面圖。

【具體實施方式】
[0019]根據(jù)本文所描述的實施例，冷卻結(jié)構(gòu)通過多階段焊接工藝被添加至用于半導(dǎo)體模塊的支撐構(gòu)件的金屬處理側(cè)。該冷卻結(jié)構(gòu)經(jīng)由多次施加于襯底上的電弧焊接或其它類型的焊接工藝以逐步方式所構(gòu)建。在焊接工藝的第一階段，在襯底的金屬處理側(cè)上形成焊道。在每個相繼的階段，增加附加焊道以形成遠離襯底延伸的不同焊道的堆疊布置。每個焊道的堆疊布置形成冷卻結(jié)構(gòu)。所產(chǎn)生的具有直接焊接的冷卻結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件提供了一種在半導(dǎo)體模塊中用來更為有效地使得熱量從模塊中所包括的半導(dǎo)體裸片中傳遞出去的具有成本效益的解決方案。
[0020]圖1圖示了在用于半導(dǎo)體模塊的支撐構(gòu)件102上形成冷卻結(jié)構(gòu)100的實施例。支撐構(gòu)件102可以是用于在半導(dǎo)體模塊中使用的具有金屬處理側(cè)的任意類型的襯底。例如，襯底102可以是引線框架的金屬區(qū)域、TFC (銅厚膜)、金屬夾具等?？商鎿Q地，襯底102可以是鍵合至諸如硅質(zhì)襯底或復(fù)合半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底的背面的金屬塊。
[0021]圖1所示的襯底102包括具有相對金屬處理側(cè)106、108的絕緣材料104。襯底102的金屬處理的第一側(cè)106可以包括與襯底102的金屬處理的第二側(cè)108相同或不同的材料。例如，襯底102可以是標(biāo)準(zhǔn)DCB (直接銅鍵合)、DAB (直接鋁鍵合)、AMB (活性金屬釬焊)或MS (絕緣金屬襯底)的襯底。標(biāo)準(zhǔn)DCB襯底包括應(yīng)用于諸如A1203陶瓷材料的絕緣材料的頂部和底部區(qū)域的銅質(zhì)表面。標(biāo)準(zhǔn)DAB襯底包括應(yīng)用于陶瓷材料的頂部和底部區(qū)域的鋁質(zhì)表面。標(biāo)準(zhǔn)AMB襯底包括釬焊至諸如AlN陶瓷材料的絕緣材料的相對側(cè)的金屬箔。標(biāo)準(zhǔn)IMS襯底包括諸如直接連接至模塊基板的聚合物的絕緣材料。在每種情況下，多個冷卻結(jié)構(gòu)100均被直接焊接至襯底102的金屬處理側(cè)106。
[0022]圖1示出了處于焊接工藝的不同階段的兩個冷卻結(jié)構(gòu)100。當(dāng)焊接工藝完成時，每個焊接結(jié)構(gòu)100包括以遠離襯底102延伸而被設(shè)置在堆疊布置的多個不同焊道110、112、114、116、118。圖1的左手側(cè)示出了用于形成冷卻結(jié)構(gòu)100的第一焊接階段，其包括形成直接焊接至襯底102的金屬處理側(cè)106的第一不同焊道110。在一個實施例中，第一焊道110通過電弧焊接被形成，并且包括與第一焊道110與之鍵合的襯底102的金屬處理側(cè)106相同的材料。電弧焊接是其中使用電源在電極120和襯底102的金屬處理側(cè)106之間產(chǎn)生電弧而使得在焊接點處的金屬熔化的工藝。在第一熔池充分固化而形成第一焊道110之后，在第一焊道110上形成第二焊道112。以這種方式，不同焊道110、112、114、116、118能夠互相堆疊以形成冷卻襯底100，其遠離襯底102延伸。電弧焊接工藝可以使用直流(DC)或交流(AC)，以及可消耗或不可消耗電極120。焊接區(qū)域可以通過一些類型的屏蔽氣體、蒸汽或爐渣進行保護，為了便于圖示它們并未在圖1中示出。電弧焊接關(guān)于可以是人工的、半自動的或全自動的。并沒有襯底102的機械處置隨電弧焊接發(fā)生，這是因為電弧焊接基于電流，消除了襯底102的破裂或其它不可逆轉(zhuǎn)的損壞。能夠采用諸如激光焊接之類的其它類型的焊接工藝來形成直接焊接到襯底102的金屬處理側(cè)106的焊道110、112、114、116、118。
[0023]在焊接工藝的第二階段，在第二焊道112固化之后，在每個第二焊道112上形成第三不同焊道114。在之前所形成的焊道固化之后，可以執(zhí)行另外的(多個)相繼的焊接階段以在已有焊道的每個堆疊上形成一個或多個附加的不同焊道116、118。通常，每個堆疊布置中的焊道110、112、114、116、118通過電弧焊接或其它適當(dāng)焊接以在相繼的階段中形成，每個焊接階段之間具有固化期而允許在之前階段中所形成的焊道在形成下一階段中的焊道之前進行固化。圖1的右手側(cè)示出了在第五焊接階段期間的冷卻結(jié)構(gòu)100，其包括在堆疊布置中的第四焊道116上形成第五不同焊道118。該冷卻結(jié)構(gòu)100具有互相堆疊并且直接焊接至襯底102的金屬處理側(cè)106的五個不同焊道110、112、114、116、118。焊道110,112,114、116、118可以是焊接金屬的團或線。由此，冷卻結(jié)構(gòu)100在團狀焊道的情況下可以具有大致柱狀形狀或者在線狀焊道的情況下具有大致鰭型形狀。至少一些柱狀冷卻結(jié)構(gòu)100可以具有不同的直徑和長度。
[0024]在每種情況下，最近形成的焊道被允許在形成堆疊中的下一個焊道之前進行固化，從而冷卻結(jié)構(gòu)100由不同焊道110、112、114、116、118的堆疊布置所形成。在電弧焊接的實施例中，焊接接口或接合點出現(xiàn)在如圖1右手側(cè)所示的冷卻結(jié)構(gòu)100中示出的虛線所指示的相同堆疊布置的焊道110、112、114、116、118中的相鄰焊道之間。冷卻結(jié)構(gòu)100可以串行形成，即每次形成焊道110、112、114、116、118的每個堆疊布置中的一個?？商鎿Q地，兩個或更多冷卻結(jié)構(gòu)100可以并行形成，即焊道110、112、114、116、118的兩個或更多堆疊布置能夠同時形成。并行形成的冷卻結(jié)構(gòu)100的數(shù)量取決于襯底102的電流處理能力。襯底102的電流處理能力越大，就能夠并行形成更多的冷卻結(jié)構(gòu)100。通常，冷卻結(jié)構(gòu)100由以高導(dǎo)熱性為特征的材料所制成并且最優(yōu)地配合到襯底102的金屬處理側(cè)106從而避免侵蝕。例如，可以將鋁用于冷卻結(jié)構(gòu)100和襯底金屬處理106 (例如，DAB和AMB襯底)。另外能夠?qū)~用于冷卻結(jié)構(gòu)100以及用于襯底金屬處理106。根據(jù)該實施例，諸如可以執(zhí)行鍍鎳或鍍鎘之類的附加工藝步驟來保護冷卻結(jié)構(gòu)100不受侵蝕。襯底102的一側(cè)106可以包括與相對側(cè)108不同的金屬。
[0025]圖2圖示了直接鍵合至襯底102的金屬側(cè)106的冷卻結(jié)構(gòu)100的截面圖。冷卻結(jié)構(gòu)100是不同焊道110、112、114、116、118的堆疊布置。如在本文之前所描述的，襯底102可以是引線框架的金屬區(qū)域、TFC (銅厚膜)、金屬夾具、鍵合至半導(dǎo)體襯底背面的金屬塊、具有一個或多個金屬處理側(cè)的絕緣材料。焊道110、112、114、116、118的堆疊布置遠離襯底102進行延伸以形成冷卻結(jié)構(gòu)100。至少一些焊道110、112、114、116、118可以由于焊接工藝而具有彎曲的外表面122。根據(jù)焊接工藝的可控性，一個或多個焊道110、112、114、116、118可以關(guān)于相同冷卻結(jié)構(gòu)100中的其它焊道為非均勻成形的。例如，一些焊道由于工藝波動(例如，0.1至0.3mm)而可以具有與相同堆疊布置中的其它焊道相比不同的直徑。對通過電弧焊接所形成的焊道110、112、114、116、118的均勻性進行控制的因素包括電弧焊接電流、電極材料、襯底表面質(zhì)量、過程時間、電極至襯底間隔等。距襯底102最遠進行設(shè)置的焊道118具有被焊接到距襯底102次遠進行設(shè)置的焊道116的近端124，以及圓形遠端126。襯底102的金屬處理側(cè)106以及焊道110、112、114、116、118可以包括相同的材料，例如鋁(包括鋁合金)、銅等。通常，冷卻結(jié)構(gòu)100由金屬(例如，Al、Cu)制成并且被鍵合至襯底102的金屬處理(例如，Al、Cu)側(cè)106。
[0026]圖3圖示了在焊接工藝期間具有直接鍵合的冷卻結(jié)構(gòu)100的半導(dǎo)體模塊的一部分的實施例。該模塊包括襯底102，該襯底102包括具有相對的金屬處理側(cè)106、108的絕緣材料104，例如通過焊料或燒結(jié)裸片附接層202而附接至襯底102的一個金屬處理側(cè)108的半導(dǎo)體裸片200，以及被焊接至襯底102的相對金屬處理側(cè)106的多個冷卻結(jié)構(gòu)100。如在本文之前所描述的，每個冷卻結(jié)構(gòu)100包括以遠離襯底102延伸而被設(shè)置在堆疊布置的焊道110、112、114、116、118。冷卻結(jié)構(gòu)100可以具有相同或不同數(shù)量的不同焊道110、112、114、116、118。并不需要另外的基板用于冷卻作用。相反，冷卻結(jié)構(gòu)100直接鍵合至襯底102的金屬處理側(cè)106。半導(dǎo)體裸片200附接在相對的金屬處理側(cè)108。襯底102的該側(cè)108可以被圖案化以便提供到裸片200的電連接。這些連接中的一個或多個可以通過鍵合線204、條帶、夾具等來完成。根據(jù)該實施例，作為裸片附接工藝的一部分或者在此之前，將冷卻結(jié)構(gòu)100鍵合到襯底102。
[0027]圖4圖示了形成了用于產(chǎn)生到模塊的外部電連接的半導(dǎo)體裸片200、鍵合線204和電接觸引腳206之后，以及將封裝蓋208附接至模塊之前的圖3的半導(dǎo)體模塊。根據(jù)該實施例，冷卻結(jié)構(gòu)100已經(jīng)在封裝蓋208附接至模塊時被鍵合到襯底102。冷卻結(jié)構(gòu)100之間的間隙(g)的范圍可以從Imm到4_?？梢詫崿F(xiàn)更小或更大的間隔。冷卻結(jié)構(gòu)的間隔可以是均勻或可變的。冷卻結(jié)構(gòu)100的長度(h)的范圍可以從例如0.5cm到2cm。更短或更長的冷卻結(jié)構(gòu)100也是可能的。冷卻結(jié)構(gòu)100的直徑(d)的范圍可以從例如0.5mm到1.8cm,或者更小或更大。
[0028]圖5圖示了與圖4所示的實施例相類似的半導(dǎo)體模塊的另一個實施例，然而，冷卻結(jié)構(gòu)100被鍵合至封裝蓋208附接至模塊之后仍然暴露的襯底102的金屬處理側(cè)106。本文之前所描述的焊道形成實施例可以被用來在附接了封裝蓋208之后將冷卻結(jié)構(gòu)100直接鍵合至襯底102所暴露的金屬處理側(cè)106。
[0029]圖6圖示了冷卻結(jié)構(gòu)100被鍵合到襯底102并且半導(dǎo)體裸片200和襯底102在其沒有裸片200的側(cè)面108利用諸如環(huán)氧樹脂之類的塑封化合物300進行封裝之后的圖3的半導(dǎo)體模塊的截面圖。冷卻器302例如通過螺絲或其它緊固件304附接至襯底102上具有冷卻結(jié)構(gòu)100的金屬處理側(cè)106的外圍。襯底102的冷卻器302與之附接的外圍并沒有冷卻結(jié)構(gòu)100。冷卻結(jié)構(gòu)100遠離襯底102延伸進入冷卻器302的凹進區(qū)域306中。凹進區(qū)域306可以被填充有液體。該模塊可以具有外部引線308，其從塑封化合物300伸出并且為所封裝的模塊提供了外部電連接的點。
[0030]圖7A和7B圖示了根據(jù)又另一個實施例的半導(dǎo)體模塊的相應(yīng)平面和截面視圖。功率模塊在該模塊的相對兩側(cè)具有兩個熱接口以便在雙側(cè)冷卻應(yīng)用中使用。每個熱接口由襯底400、410所實現(xiàn)，后者包括諸如陶瓷材料的絕緣材料402、412以及絕緣材料402、412上相對的金屬處理側(cè)404/406、414/416。對于這樣的雙側(cè)冷卻應(yīng)用而言，模塊中所包括的裸片418具有頂側(cè)和底側(cè)金屬茶壺里(為了便于圖示并未示出)，其用于經(jīng)由相對應(yīng)的焊料或燒結(jié)裸片附接層420、422而針對相應(yīng)襯底400、410進行芯片焊接或燒結(jié)。裸片418通過裸片附接層420、422連接至兩個襯底400、410。用于負(fù)載電流和門限信號的端子經(jīng)由相應(yīng)引線308連接至底部或頂部襯底400、410。類似于如圖6所示的具有塑封化合物300的模塊實施例，襯底400、410之間的剩余空間能夠被填充以塑封化合物300以穩(wěn)定配置并且固定每個裸片418在模塊內(nèi)的位置。嵌入塑封化合物300之中的上部襯底410通過部分塑封化合物300而與半導(dǎo)體裸片418間隔開來。
[0031]能夠通過提供焊接到如圖7B所示的襯底400、410之一或二者的暴露金屬處理側(cè)404,414的冷卻結(jié)構(gòu)100來進一步增強模塊冷卻。如之前所描述的，每個冷卻結(jié)構(gòu)100包括以遠離相應(yīng)襯底400、410所暴露的金屬處理側(cè)404、414延伸的堆疊布置進行部署的多個不同焊道。如果支持更高級別的自動化，則襯底400、410都能夠在同時進行處理。
[0032]之類所描述的冷卻結(jié)構(gòu)焊接處理能夠在功率模塊的處理鏈之內(nèi)執(zhí)行或者在其之后執(zhí)行。因此，并不必在模塊處理鏈內(nèi)為了對冷卻結(jié)構(gòu)而整合額外的處理步驟。與具有直接冷卻的基板的系統(tǒng)相比，該冷卻結(jié)構(gòu)提供了高的熱傳輸系數(shù)以及低的熱阻。如果針對冷卻結(jié)構(gòu)以及襯底金屬處理使用鋁，則能夠防止侵蝕。具有冷卻結(jié)構(gòu)的基于這里所描述襯底的功率模塊消除了基板以及相對應(yīng)的系統(tǒng)焊接。因此，生產(chǎn)和材料成本有所降低。此外，通過消除基板而明顯降低了重量。
[0033]具有如這里所描述的直接冷卻襯底的功率模塊的不同概念得以被預(yù)期。例如，能夠利用這里所描述的冷卻結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)用于半橋、全橋或3相位應(yīng)用的半導(dǎo)體模塊。對于功率模塊生產(chǎn)而言，諸如二極管、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、JFET (結(jié)型場效應(yīng)晶體管)和/或功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的功率設(shè)備能夠被焊接或燒結(jié)到通過以所定義方式進行蝕刻而形成結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的頂側(cè)。對于電連接而言，可以為控制端口和負(fù)載電流連接提供結(jié)合連線和端子。在裸片焊接和結(jié)合步驟之后，例如如圖4和5所示，可以將塑料外殼與襯底以螺栓或粘合劑結(jié)合在一起。在最后的處理步驟中，如圖6和7所示，為了電絕緣以及更高的機械穩(wěn)定性，能夠?qū)⑺芊饣衔镒⑷氲酵鈿ぶ?。這是一種構(gòu)建半導(dǎo)體模塊的可能方式，然而，能夠采用其它的標(biāo)準(zhǔn)組裝和結(jié)合技術(shù)來實現(xiàn)具有如這里所描述的直接結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)的功率模塊。例如，另一種可能類型的功率模塊是基于陶瓷襯底和塑封化合物。具有裸片、結(jié)合連線以及針對+/-DC的連接的襯底能夠類似于SMD(表面安裝裝置)而被覆蓋以塑封化合物，例如如圖5所示。該塑封化合物在機械上使得陶瓷襯底穩(wěn)定并且確保了電絕緣。該冷卻結(jié)構(gòu)焊接處理能夠在例如如圖6所示的塑封處理之前或之后應(yīng)用。
[0034]諸如“之下”、“以下”、“下部”、“之上”、“上部”等的空間相對術(shù)語是為了便于描述以對一個要素相對于第二要素的定位進行解釋而使用。除與圖中所描繪的那些有所不同的方位之外，這些術(shù)語意在包含設(shè)備的不同方位。另外，諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語也被用來描述各種要素、區(qū)域、部分等并且也并非意在進行限制。同樣的術(shù)語貫穿說明書而指代同樣的要素。
[0035]如本文所使用的，術(shù)語“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是開放端點的術(shù)語，它們指示存在所指出的要素或特征，但是并不排除另外的要素或特征。除非明確地另外指出，否則冠詞“一個”(“a”、“an”和“the”)意在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)。
[0036]考慮到以上變化和應(yīng)用的范圍，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明既不被之前的描述所限制也不被附圖所限制。相反，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求將及其法律等同形式所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，包括: 襯底，具有金屬處理側(cè)；以及 多個冷卻結(jié)構(gòu)，被焊接至所述襯底的所述金屬處理側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離所述襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中所述焊道中的至少一些焊道具有彎曲的外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中所述冷卻結(jié)構(gòu)中的至少一些冷卻結(jié)構(gòu)的一個或多個焊道關(guān)于在相同的冷卻結(jié)構(gòu)中的其它焊道是非均勻成形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中每個冷卻結(jié)構(gòu)的被設(shè)置在距所述襯底最遠的所述焊道具有焊接到距所述襯底次遠的所述焊道的近端以及圓形遠端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中所述襯底包括絕緣材料，所述絕緣材料具有第一金屬處理側(cè)以及與所述第一金屬處理側(cè)相對的第二金屬處理側(cè)，并且其中所述冷卻結(jié)構(gòu)被焊接到所述絕緣材料的金屬處理側(cè)之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中所述襯底的所述金屬處理側(cè)和所述焊道包括鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中焊道的所述堆疊布置中的至少一些堆疊布置是柱狀的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體模塊支撐構(gòu)件，其中焊道的所述柱狀的堆疊布置中至少一些堆疊布置具有不同的直徑和長度。
9.一種半導(dǎo)體模塊,包括: 襯底，具有金屬處理的第一側(cè)以及與所述金屬處理的第一側(cè)相對的金屬處理的第二側(cè)； 半導(dǎo)體裸片，被附接至所述襯底的所述金屬處理的第一側(cè)；以及 多個冷卻結(jié)構(gòu)，被焊接到所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離所述襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體模塊，進一步包括冷卻器，所述冷卻器被附接至所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)的外圍，所述外圍沒有所述冷卻結(jié)構(gòu)，其中所述冷卻結(jié)構(gòu)遠離所述襯底而延伸進入所述冷卻器的凹進區(qū)域中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體模塊，進一步包括在所述襯底的金屬處理的第一側(cè)將所述半導(dǎo)體裸片進行封裝的塑封化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體模塊，進一步包括: 塑封化合物，將所述半導(dǎo)體裸片和所述襯底進行封裝； 附加襯底，所述附加襯底在所述襯底的所述金屬處理的第一側(cè)上方被嵌入所述塑封化合物中并且通過所述塑封化合物中的部分塑封化合物與所述半導(dǎo)體裸片間隔開，所述附加襯底具有面向所述半導(dǎo)體裸片的第一側(cè)以及相對的第二側(cè)；以及 多個冷卻結(jié)構(gòu)，被焊接到所述附加襯底的所述第二側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離所述附加襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道， 其中焊接到每個襯底的所述第二側(cè)的所述冷卻結(jié)構(gòu)伸出所述塑封化合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體模塊，其中所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)和所述焊道包括鋁。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體模塊，其中所述襯底的所述金屬處理的第一側(cè)包括與所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)不同的材料，并且其中所述焊道包括與所述金屬處理的第二側(cè)相同的材料。
15.—種針對半導(dǎo)體模塊形成冷卻結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 提供具有金屬處理側(cè)的襯底；并且 將多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至所述襯底的所述金屬處理側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將所述多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至所述襯底的所述金屬處理側(cè)包括: 在所述襯底的所述金屬處理側(cè)上形成多個第一不同焊道； 在所述第一焊道固化之后在所述第一焊道中的每個焊道上形成第二不同焊道；并且 在所述第二焊道固化之后在所述第二焊道中的每個焊道上形成第三不同焊道。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一焊道、所述第二焊道和所述第三焊道通過電弧焊接在相繼的階段中形成，在每個階段之間具有焊道固化期，所述焊道固化期允許在之前階段中形成的焊道在形成下一階段的焊道之前進行固化。
18.—種制造半導(dǎo)體模塊的方法，所述方法包括: 提供具有金屬處理的第一側(cè)以及與所述金屬處理的第一側(cè)相對的金屬處理的第二側(cè)的襯底； 將半導(dǎo)體裸片附接至所述襯底的所述金屬處理的第一側(cè)；并且 將多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中將所述多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接至所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)包括: 在所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)上形成多個第一不同焊道； 在所述第一焊道固化之后在所述第一焊道中的每個焊道上形成第二不同焊道；并且 在所述第二焊道固化之后在所述第二焊道中的每個焊道上形成第三不同焊道。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一焊道、所述第二焊道和所述第三焊道通過電弧焊接在相繼的階段中形成，在每個階段之間具有焊道固化期，所述焊道固化期允許在之前階段中形成的焊道在形成下一階段的焊道之前進行固化。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括將冷卻器附接至所述襯底的所述金屬處理的第二側(cè)的外圍，所述外圍沒有所述冷卻結(jié)構(gòu)，其中所述冷卻結(jié)構(gòu)遠離所述襯底而延伸到所述冷卻器的凹進區(qū)域中。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括: 利用塑封化合物將所述半導(dǎo)體裸片和所述襯底進行封裝； 在所述襯底的所述金屬處理的第一側(cè)上方將附加襯底嵌入所述塑封化合物中并且通過所述塑封化合物中的部分塑封化合物與所述半導(dǎo)體裸片間隔開，所述附加襯底具有面向所述半導(dǎo)體裸片的第一側(cè)以及相對的第二側(cè)；并且 將多個冷卻結(jié)構(gòu)焊接到所述附加襯底的所述第二側(cè)，所述冷卻結(jié)構(gòu)中的每個冷卻結(jié)構(gòu)包括遠離所述附加襯底延伸而被設(shè)置在堆疊布置中的多個不同焊道，其中被焊接到每個襯底的所述第二側(cè)的所述冷卻結(jié)構(gòu)伸出所述塑封化合物。
【文檔編號】H01L23/367GK104134636SQ201410149095
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月30日
【發(fā)明者】A·尤勒曼, A·赫布蘭特 申請人:英飛凌科技股份有限公司